依據(jù)納米材料的強化絮凝功能，我們用常規(guī)無機絮凝劑聚合硫酸鐵和少量的納米二氧化硅在一定的實驗室條件下進行了復配絮凝實驗，結果表明污水中COD的去除率較單一的聚合硫酸鐵處理時提高了32.7%。本文在此基礎上，進一步用正交實驗優(yōu)化了納米二氧化硅與聚合硫酸鐵的復配方式，并對影響復配絮凝處理效果的主要因子進行了分析。


1實驗


1.1實驗器材


試劑：納米Si02（粒徑10nm）、固體聚合硫酸鐵（下文均用聚合硫酸鐵表示）。


儀器：KHCOD-12型COD消解裝置、UV-1601紫外可見分光光度計、光電分析天平(感量0.0001g)、粉碎機（轉速12000r.min-l）、HH4型恒溫水浴鍋、S-212型電子恒速攪拌器、秒表及其它成套玻璃容器。


1.2實驗水樣


取自北京市小月河的生活污水水樣。原水水質：pH值=7.7，T=25℃，濁度=320.5NTU，COD=454.8mgL-1。


絮凝劑投加量為120mgL-1。


1.3實驗過程


納米二氧化硅與聚合硫酸鐵的復配方式：首先將固體聚合硫酸鐵用粉碎機充分粉碎，再與納米Si02在粉碎機中進行充分粉碎混合，然后配成1%的液體復合絮凝劑，以原品質量計。將上述配制好的復合絮凝劑在60℃左右的恒溫水浴中，用電子恒速攪拌器以100r.min-l的轉速攪拌25min，通過這種水熱攪拌法得到處理過的液體復合絮凝劑。


燒杯絮凝實驗：取水樣500mL于1L的燒杯中，在快速攪拌(轉速為300r.min-1)下投加絮凝劑，反應1min后，改變攪拌速度為50r.min-l，繼續(xù)攪拌10min靜置25min于距上清液面約2cm處吸取上清液，采用標準曲線法測定COD。


1.4正交實驗方案的確定


實驗研究表明，納米Si02與聚合硫酸鐵的復配條件不同，絮凝劑的處理效果不同。分析實驗結果可知，納米Si02與聚合硫酸鐵的質量百分組成、水浴溫度、混合攪拌時間是影響復配絮凝劑對COD去除的主要因子。因此選用三因子四水平的正交表L9(34）安排實驗，表1是正交實驗的因子與水平，表2是具體的實驗方案。


2結果與討論


按照表2的實驗方案進行實驗，結果表明，納米Si02與聚合硫酸鐵的復配條件不同，絮凝劑對COD的去除效果不同。各因子的級差大小關系：RA>RB>Rc，說明聚合硫酸鐵與納米Si02質量百分組成這一因子對COD處理效果影響最大，溫度和攪拌時間的影響較小，而溫度比攪拌時間的影響大一些。納米S02與聚合硫酸鐵的最佳復配參數(shù)為A3B2C1，這是本實驗條件下對COD去除效果最好的參數(shù)條件，即首先將納米Si02粉末與聚合硫酸鐵固體粉末用粉碎機進行充分混合后，再配置成1%的液體復合絮凝劑(兩者質量百分組成為(85%+15%)，然后將此液體在60℃的恒溫水浴中，用電子恒速攪拌器以100r.min-l的轉速攪拌25min。下面具體討論顯著影響處理效果的各個因子。


2.1質量百分組成


聚合硫酸鐵與納米Si0，的質量百分組成(85%+15%）為配比的最佳水平，且該因子對COD去除率影響最大，說明了納米Si02的含量直接決定了處理效果，機理是納米材料的強化絮凝作用，也是本文實驗的理論基礎。


2.2反應溫度


采用“水熱法”復合聚合硫酸鐵與納米Si02時，實驗中溫度的最佳水平為水浴溫度60℃。分析原因：低溫不利于兩者復合形成可能存在的化學鍵，但溫度太高，又容易使分子揮發(fā)、分解，降低有效成分的含量。同時，水浴溫度在50～70℃范圍內變化時，絮凝劑對COD的處理效果影響很小，級差RB只有1.6%，這說明“水熱法”在此溫度范圍內可減少納米粒子團聚，提高處理效果。


2.3反應時間


對混合攪拌時間而言，級差Rc只有0.7%，影響很小，實驗中的最佳水平是25min。分析原因：復合液體露置于空氣中，故高溫下攪拌時間太長易造成有效成分的揮發(fā)和分解，降低處理效果。


3結論


通過正交試驗，確定了聚合硫酸鐵與納米Si02在實驗中較佳的復配方式，在本文實驗條件下，較好地發(fā)揮了納米材料的強化絮凝性能，提高了污水中COD的去除率。由于本文實驗條件有限，將納米Si02與聚合硫酸鐵更合理地復配并應用于水處理的研究尚需進一步實現(xiàn)。